尾矿由于目标矿物组分含量较低而无法用于生产,常被作为废弃物堆积在矿山附近。这不仅占用了大量土地资源,尾矿风化造成的重金属元素迁移还会导致环境污染。中国是世界钼矿床数目较多的国家,钼矿床分布较广,钼尾矿风化过程中钼元素释放带来严重的环境危害。辉钼矿为主要含钼矿物,研究其风化过程对于探究尾矿中钼元素在表生环境中的迁移有重要意义。微生物-矿物相互作用影响着多种元素的表生地球化学过程,嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,以下简称A.ferrooxidans)是硫化物矿山具有代表性的一种微生物,微生物与金属硫化物相互作用是形成酸性矿山排水的重要原因,自然界中二者的相互作用有重要的环境意义和资源利用价值。在矽卡岩型钼矿床中,辉钼矿为主要的金属硫化物矿物,尾矿中微生物对于辉钼矿氧化及钼元素迁移具有重要作用,查明辉钼矿与微生物的相互作用机理对于钼污染的防治有理论意义。本文对钼矿石风化样品进行了系统的矿物学研究,利用XRD、SEM/EDS、DRS等分析手段,通过对风化成因次生矿物的种类、形态和成分差异进行分析,探讨了次生矿物的形成机制以及辉钼矿氧化过程中Mo的赋存和迁移形式,进而评估其对环境的影响。在此基础上,选取A.ferraoxidans与辉钼矿的进行模拟实验,实验中设置了含铁有菌组和含铁无菌组、无铁有菌组和无铁无菌组对照体系,其中含铁有菌组分别以FeSO4和黄铁矿作为不同的铁来源。通过ICP-OES、分光光度法等检测了实验体系溶液中离子浓度变化,使用扫描电镜及能潜分析了生物氧化后辉钼矿与黄铁矿的表面特征及形成的次生沉淀,探讨微生物氧化辉钼矿的机理以及初始不同来源铁离子对这一过程的影响。论文通过对河南南泥湖自然辉钼矿矿石在氧化过程中矿物变化的观察和辉钼矿与微生物相互作用实验研究得到以下认识得到以下认识:(1)南泥湖钼矿床中矿石原生矿物主要包括辉钼矿、方解石、黄铁矿,自然风化过程中主要形成钼钙矿、石膏、赤铁矿、针铁矿等次生矿物,未见铁钼华等常见含钼次生矿物。辉钼矿在风化过程中发生破碎、卷曲,辉钼矿表面结构的物理变化促进了其氧化过程。观察发现,与不同矿物接触界面,辉钼矿氧化形成的次生矿物有明显差异,钼矿石中辉钼矿风化产物受控于原生矿物组合形式,尤其是与辉钼矿相邻矿物对辉钼矿氧化产物影响较大。在辉钼矿与方解石接触处,主要生成石膏和钼钙矿,钼钙矿为半自形,2 μn左右,这说明方解石溶解消耗硫化物氧化产生的H+,提高了局部位置的pH,有利于钼钙矿和石膏沉淀;与黄铁矿接触处,主要生成赤铁矿、针铁矿,铁氧化物吸附重金属元素Mo。通过归纳前人含Mo、Fe、Ca矿物形成的Eh-pH条件得到不同条件下含辉钼矿钼矿石的风化产物序列,在中性环境中,Mo会被固定在钼钙矿或吸附在铁氧化物表面,由此减少重金属的释放进而降低对环境的污染危害。样品中发现了菌丝及真菌孢子类物质,说明微生物在钥矿石风化的过程中起到一定的作用。(2)模拟实验结果表明,以FeS04为初始铁来源的有菌组Mo溶出量显著高于以黄铁矿为初始铁来源的有菌组,Mo溶出量最低的为无铁有菌组;以黄铁矿为初始铁来源的有菌组,A.ferrooxidans倾向于附着在黄铁矿表面,黄铁矿表面形成明显的侵蚀坑;含铁有菌组生成的次生沉淀主要为铁硫酸盐、磷酸铁和石膏,有少量钼酸根吸附于铁硫酸盐和磷酸铁矿物表面,无铁有菌组有少量石膏生成。在矿石氧化过程中,辉钼矿微生物氧化程度和氧化产物受实验体系中Fe(Ⅱ)含量控制,体系中初始铁的存在有利于A.ferrooxidans的生长及体系氧化还原电位的提升,这为辉钼矿氧化创造了有利的化学环境。A.ferrooxidans对辉钼矿的氧化以间接作用为主,溶液中的Fe2+被A.ferrooxidans氧化为Fe3+,Fe3+氧化辉钼矿。在黄铁矿存在的情况下,黄铁矿会与辉钼矿形成竞争氧化关系。